c语言分层理解(c语言数据存储)(1)

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简介: 1. 数据类型介绍1.1 数据类型介绍char 字符数据类型、short 短整型、int 整型、long 长整型、long long 更长整型、float 单精度浮点数、double 双精度浮点数类型大小:char类型占1个字节,short类型2个字节,int类型占4个字节,long类型占4个字节,long long类型占8个字节,float类型占4个字节,double类型占8个字节。c语言中有字符串类型吗?没有,字符串放进数组中的。

1. 数据类型介绍

1.1 数据类型介绍

char 字符数据类型、short 短整型、int 整型、long 长整型、long long 更长整型、float 单精度浮点数、double 双精度浮点数

类型大小:

char类型占1个字节,short类型2个字节,int类型占4个字节,long类型占4个字节,long long类型占8个字节,float类型占4个字节,double类型占8个字节。

c语言中有字符串类型吗?

没有,字符串放进数组中的。

类型的意义:

  1. 使用类型开辟空间的大小
  2. 如何看待内存空间

下面的知识会围绕这两个意义来探讨。

1.2 类型基本归类

1.2.1 整型家族

char:unsigned char、signed char

short:unsigned short [int]、signed short [int]

int:unsigned int、signed int

long:unsigned long [int]、signed long [int]

long long

1.2.2 浮点数家族

float、double

1.2.3 指针类型

int*、char*、float*、void*、double*、short*、long*、long long*

1.2.4 空类型

void(通常用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型)

1.2.4.1 void作为函数返回值

void test(int a)
{
  printf("%d\n", a);
}
int main()
{
  int a = 10;
  test(a);
  return 0;
}

小结:

1.c语言中函数可以不带返回值,但是默认返回值是int类型(不需要返回值时可以用void,以免测试程序员造成判断错误,还是你忘了写,还是这里就是你要的int类型返回值呢?)

2.void修饰函数返回值时,就是在告诉程序员这里不需要返回值,也告知编辑器,这个返回值无法接受。

1.2.4.2 void作为函数参数

作用就是告知程序员和编译器这里不需要传参。

1.2.4.2 void指针

a097417447cbc9b545ce587cbc8c8487.png

这里的void*指针类型的作用就是把a的地址临时放进p这个指针变量里,不能直接解引用,用的时候要强制转换。

int main()
{
  int a = 0;
  void* p = &a;
  *(int*)p = 20;
  printf("%d\n", a);
  return 0;
}

3170d9da017d62f320397d8a99e0ebe8.png

全部正常,没有报错。

说明了void*是可以转换为其他的指针类型的。

再来看看这段代码:

#include <stdio.h>
int main()
{
  void* p = NULL;//OK
  double* d = NULL;
  int* i = NULL;
  d = p;//ok
  i = p;//ok
  p = d;//ok
  p = i;//ok
  return 0;
}

说明:void*可以被任何类型的指针接收,也可接收任何指针类型。

1.2.4.3 void定义的指针可以进行操作吗?

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在visual studio 2022中是不能运行起来的,因为void类型的大小是0,你可以用sizeof(void)来验证,所以是不能运行起来的,但是在gcc编辑器下是可以跑起来的,在gcc中void类型大小是1,所以可以跑起来。不同的编辑器的c的标准是不一样的。

2. 整型内存中的存储

首先,我们要知道一个变量的创建是要在内存中开辟空间的。空间的大小是根据不同的类型来决定的。int类型就会分配4个字节也就是32个比特位,char类型分配一个字节也就是8个比特位。

2.1 原码、反码、补码

三种表示方法均有符号位和数值位之分,符号位是用0表示“正”,用1表示“负”,而数值位正数的原码、反码、补码都是一样的,负数的补码=等于原码符号位不变其他位按位取反再加1得到补码,对于整型来说,数据存放在内存中的其实是存放的补码。

为什么呢

在计算机系统中,数值一律用补码来表示和存储。原因在于,使用补码,可以将符号位和数值域统一处理;同时,加法和减法也(CPU只有加法器)此外,补码与原码相换,算过程是相同的,不需要外的硬电路。

补码得到原码的两种方法:

  1. 补码-1得到反码,反码符号位不变其他位按位取反得到原码
  2. 补码符号位不变,其他位按位取反再+1。

3. 大小端字节序介绍和判断

先看现象再来分析:

e5b42fd2356e40622ca4714b20326b73.png

这里为什么存进去的变量a是倒着存的?

我们说,可以这样存:

int a = 0x11223344;我们存的时候有很多种方法:可以11223344,也可以44332211还可以11332244,还可以11443322,还可以11442233,还可以33442211等等,有64中存法,但是我们只取11223344和44332211这两种存法,因为其他的虽然存可以存,但是在数据读取环节,读取起来非常麻烦,所以采用11223344(顺序)和44332211(逆序)这两种存法,读取也好读取

所以,什么是大小端?

大小端就是表示数据在存储器中的顺序。

大端存储字节序是指:数据的低位保存在内存的高地址中,而数据的高位保存在内存的低地址中。

小端存储字节序是指:数据的低位保存在内存的低地址中,而数据的高位,保存在内存的高地址中。

这里我们要对低位和高位以及地址的高低进行解释:

对高低位进行解释

1234-这是个十进制数字,也就是一千两百三十四,地位指的是4这个数字,高位指的是1这个数字。

这里也可以用权重来说明高低位,权重是什么?就那这个数字来说1234=1 * 103 + 2 * 102+3 * 101+4 * 100。

这里的103、102、101、100就是这个数每一位的权重,权重越大,说明这个数字的位越高。还是拿这个1234数字来说,1的权重是103,权重最大,所以1这个数字的位最高。

对地址的高低进行说明

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为什么会有大小端?

为什么会有大小端模式之分呢?这是因为在计算机系统中,我们是以字节为单位的,每个地址单元都对应着一个字节,一个字节为8bit。但是在C语言中除了8bit的char之外,还有16bit的short型,32 bit的long型(要看具体的编译器),另外,对于位数大于8位的处理器,例如16位或者32位的处理器,由于寄存器宽度大于一个字节,那么必然存在着一个如何将多个字节安排的问题。因此就导致了大端存储模式和小端存储模式。

 例如:一个 16bit 的 short 型 x ,在内存中的地址为 0x0010 , x 的值为 0x1122 ,那么 0x11 为高字节, 0x22 为低字节。对于大端模式,就将 0x11 放在低地址中,即 0x0010 中, 0x22 放在高地址中,即 0x0011 中。小端模式,刚好相反。我们常用的 X86 结构是小端模式,而 KEIL C51 则为大端模式。很多的ARM,DSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式

还是小端模式。

为什么叫做字节序呢?

为什么叫做字节序?原因在于以字节为单位存储在内存中,这里的int a = 0x11223344;这里的a的数值使用16进制表示的,int类型占四个字节的大小空间,有32个比特位,那么一个11就占用8个比特位,22也占用八个比特位,33也是,44也是。在内存中存储的时候使用16进制表示的,存进去的都是以字节为单位存进去的。

3.1 设计一个程序来判断当前机器的字节序

思路:

首先我们的目标是判断大小端字节,那么如何判断,假设给个数值1,1的原码用16进制表示是0x00000001,如果机器是小端则存在内存中的是01000000,如果是大端,则存在机器里面的是00000001,那么我们只需要在int类型中拿去第一个字节进行判断是否为1即可,如果为1则是小端,反之则是大端。

#include <stdio.h>
int check_sys()
{
  int a = 1;
  return *(char*)&a;
}
int main()
{
  if(check_sys() == 1)
    printf("小端\n");
  else
    printf("大端\n");
  return 0;
}

3.2 整型取值范围

3.2.1 char类型的取值范围

因为char类型占一个字节,也就是八个比特位,所以取值范围是00000000~11111111。

如图:

3e8cf7cce3335622e9b16ae0d394df10.png

也可以用一个圈来表示范围:

266f9a3994d11fdeb696624ae67580e1.png


这里有个点,10000000为什么是-128呢,不应该是128吗?

c38d3aeb1b29437be22135778bd57a61.png

所以char类型的取值范围是-128~127(-27 ~ 27-1。那么以此类推,short的取值范围是-32768~32767(-215 ~ 215),那么int类型的取值范围就是-231 ~ 231-1。


另外,头文件<limits.h>包含的是整型类型的取值范围,头文件<float.h>包含的是浮点数类型的取值范围,想要确认一下取值范围,可以转到此头文件中查看。

3.3 练习

3.3.1 练习一

int main()
{
  char a = -1;
  signed char b = -1;
  unsigned char c = -1;
  printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);
  return 0;
}//输出结果是多少?
//a=-1,b=-1,c=255

解析:

e2d59faee362bbd04d93a0d8bb8ff846.png

3.3.2 练习二

int main()
{
  char a = -128;
  printf("%u\n", a);
  return 0;
}//输出结果是多少?
//a=4294967168

解析:

e5f069323c993f1f4bcc0a7a6085e665.png

3.3.3 练习三

int main()
{
  char a = 128;
  printf("%u\n", a);
  return 0;
}//输出结果是多少?
//a= 4294967168

解析:

1d78b31919159814059d4c30ab9451de.png

3.3.4 练习四

int main()
{
  int i = -20;
  unsigned int j = 10;
  printf("%d\n", i + j);
  return 0;
}//输出结果是多少?
//i+j=-10

解析:

3b2ff7f101486e8bf246d3c7806a32bc.png

3.3.5 练习五

int main()
{
  unsigned int i;
  for(i = 9; i >= 0; i--)
  {
    printf("%u\n", i);
  }
  return 0;
}//死循环

解析:

7981bf27a791d5e974de0f637e2deae8.png



















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